משתמש:אור שחף/133 - תרגול/1.5.11
אינטגרלים לא אמיתיים, סוג I
לפחות אחד מגבולות האינטגרל הוא אינסוף.
דוגמה 1
הראה כי מתכנס ומצא חסם עליון.
פתרון
ברור כי ולכן . עבור הקטע ברור כי מתקיים , לכן ואז . לכן בסה"כ .
מבחן דיריכלה
- f ו-g רציפות.
- f יורדת מונוטונית לאפס.
- הנגגזרת של f רציפה.
- חסומה.
אזי מתכנס.
דוגמה 2
הוכיחו כי לכל האינטגרל מתכנס.
פתרון
נסמן וכן . עבור ברור כי f רציפה בקטע, רציפה ו-f יורדת לאפס. ברור כי g רציפה. נוכיח כי G חסומה: . מסכנה: ממשפט דיריכלה מתכנס.
אינטגרלים לא אמיתיים, סוג II
במקרה זה מסתכלים בסביבה של נקודת אי-רציפות.
הגדרה: נניח f אינטגרבילית בכל תת קטע של וכן לא חסומה בסביבת a. אם קיים אז . באופן דומה מגדירים עבור גבול אינטגרציה עליון.
אם נקודת אי-רציפות נרשום . ושוב, באופן דומה לאינטגרל לא אמיתי מסוג I, שני האינטגרלים צריכים להתכנס.
כלל ידוע: מתכנס אם"ם .
דוגמה 3
יהי . הוכיחו כי מתכנס אם"ם .
פתרון
ואז .
נעשה הצבה ואז . לפיכך מספיק לפתור את האינטגרל (נסתכל תחילה על האינטגרל הלא מסויים) . עבור זה שווה ל- ועבור : .
נחזור ל-x: עבור המקרה נקבל .
עבור נקבל .
את המקרה הנ"ל החלק לשני תת מקרים:
- אם , כלומר אז ולכן . מכאן שהאינטגרל מתבדר.
- אם , כלומר , אזי ברור כי ולכן האינטגרל מתכנס.
מבחני ההשוואה לאינטגרל לא אמיתי מסוג II
בשני המבחנים f,g אינטגרביליות מקומית ב-.
מבחן ההשוואה
נניח ש-. אזי אם מתכנס גם מתכנס.
מבחן ההשוואה הגבולי
נניח ש- וכן .
- אם נאמר ש- ו- מתבדרים או מתכנסים יחדיו.
- אם אז התכנסות גוררת התכנסות .
- אם אז התכנסות גוררת התכנסות .
דוגמה 4
קבעו התכנסות של .
פתרון
נשווה ל-: לפי כלל לופיטל . ידוע כי מתבדר ולכן האינטגרל הנתון מתבדר גם כן.
דוגמה 5
קבעו התכנסות .
פתרון
קל להפוך את האינטגרל מסוג II לסוג I ע"י הצבה . לכן ונקבל . ניתן להראות כי אינטגרל זה מתכנס בדומה למה שעשינו עם , בעזרת מבחן דיריכלה.
דוגמה 6
הוכיחו התכנסות בתנאי של .
פתרון
מצאנו כבר כי מתכנס. נותר לבדוק התכנסות בהחלט:
ברור כי . אם רוצים להשתמש במבחן ההשוואה צריך ביטוי קטן ממנו להראות התבדרות. למשל ואז . נותר להוכיח כי מתבדר:
- דרך א: נפעיל את מבחן ההשוואה הגבולי: . מתבדר ולכן מתבדר.
את ההמשך עשינו בתרגול שאחריו:
- דרך ב: מתקיים . ברור שאינטגרל II מתבדר, ולכן אם אינטגרל I מתכנס אז סיימנו את ההוכחה: נציב ואז נקבל שמתכנס לפי דיריכלה.